許志立

廣州特種機電設備檢測研究院 廣州 510000

摘 要：垂直度是建筑起重機械的重要安全指標，尤其對于高層建筑使用的起重設備，相關標準及安全規(guī)程對其誤差范圍都有明確的要求。文中介紹了建筑起重機械測量垂直度的常見方法，分析各方法的特點；并重點介紹了全站儀在垂直度測量中的應用。通過全站儀設站功能，一次架設，可方便快捷地測量所有可視設備的垂直度；對比不同方法的測量結果，證明了該測量方法是可行的，測量結果是準確的。

關鍵詞：塔式起重機；全站儀；垂直度；測量

中圖分類號：TH213.3 文獻標識碼：A 文章編號：1001-0785（2020）18-0067-05

0 引言

垂直度是位置公差，是評價直線之間、平面之間或者直線與平面之間的垂直狀態(tài)一個參數指標。對于塔式起重機（以下簡稱塔機）、施工升降機等建筑機械來說，垂直度是指塔身或導軌架在不受外力的影響下，實際軸線與理論軸心線在被測平面內的最大水平誤差。塔機、施工升降機等多用于高層建筑，其垂直度是安裝過程中需要保證的一項重要安全指標。GB ／ T 5031 － 2019、GB ／ T 10055 － 2007 等對塔機、施工升降機垂直度的偏差范圍都有明確要求，不能超過其要求值[1，2]。

根據相關標準要求，在塔機首次安裝后，以及每次塔機、施工升降機增加標準節(jié)升高時，都必須測量其垂直度；在其驗收檢驗、定期檢驗時，也必須對其進行測量檢驗[3]。由此可見，垂直度測量的應用非常廣泛，尋找一種方便快捷準確的垂直度測量方法意義重大。本文所述測量方法僅以塔機為例，同樣的測量方法也適用于施工升降機等其他建筑機械。

1 垂直度常見的測量方法

1.1 吊線法

吊線法是垂直度測量中最常見、最簡單的測量方法。其步驟為：首先將塔機吊臂擺到合適的位置，使塔身在該測量方向上處于不受力狀態(tài)；然后在塔身最高處選擇合適的位置放線，一直放到塔機底部，測量吊線到塔身同一基準面的距離，上下距離L 之差Δ 即為塔身在該方向上的垂直度；吊臂旋轉90°，以同樣的方法測量塔身另一個方向上的垂直度。如圖1 所示。

圖1 吊線測量法

該方法簡單且容易操作，但吊線法要求在塔身內或外從上到下要有一個無干涉的空間，其中不能有障礙物接觸影響吊線，當塔機有附墻、內撐桿、爬梯等情況時不易尋找下線位置；當塔機高度較高時，放線時間長，測量不方便，測量效率較低，測量過程受操作人員影響，測量誤差較大。

1.2 經緯儀測量法

經緯儀測量塔機垂直度是常用的儀器測量方法。經緯儀測量塔機的垂直度，即旋轉塔機吊臂至合適的位置，使得需測量的方向不受吊臂與平衡重不平衡的影響，如圖2 所示吊臂位置，測量A-A 方向上的垂直度。將經緯架設在距塔機1.5H 處（H 為塔機安裝高度），且保證經緯儀觀測點與塔身測量點的連線垂直于A-A 線，即必須架設在塔身面正前方。調平經緯儀，開始測量；以塔身的最高位置或最下端位置某處做基準線（通常選取塔機標準節(jié)主旋桿內（外）邊作為基準線），然后在另一端塔身放置一個零點對齊標準節(jié)主旋桿內（外）邊的橫向鋼直尺緊貼，利用經緯儀投測下來，投測到鋼直尺上的讀數即是塔機在該方向的垂直度偏差。塔機吊臂旋轉90°，挪動經緯儀至另一個方向，同樣的方法測量塔身B-B 方向上的垂直度[4]。

圖2 經緯儀測量法

采用經緯儀測量塔機垂直度的原理簡單，操作方便，測量誤差相對較小。然而，在測量過程中，對經緯儀的架設位置有要求，太近或太遠均不易觀測，且一定要架設在塔身面的正前方，位置局限性強；另外，在測量完一個方向后需要挪動并再次調平經緯儀才能測量另一方向的垂直度，這就降低了測量的效率[5]。

1.3 全站儀測量法

全站儀（全站型電子測距儀）是集水平角、垂直角、距離（斜距、平距）、高差測量功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)，因其一次安置儀器即可完成該測站上全部測量工作而得名，其已廣泛用于建筑工地的各測量領域[6]。

2 全站儀測量法

2.1 全站儀經緯儀模式測量

全站儀包含經緯儀的所有功能，若僅使用其含有的經緯儀功能，同樣可測量塔機垂直度，測量方法同經緯儀測量法，這里不再贅述。

2.2 全站儀測距模式測量

該測量方法類似于經緯儀測量法，區(qū)別在于測量過程中不需要移動全站儀，一次架設可測量一臺塔機兩個方向的垂直度，也不需要粘貼標尺。測量步驟為：選擇合適的位置架設全站儀，全站儀要架設在垂直于塔身面方向上并調平準備測量；旋轉吊臂至合適位置，測量一個方向的垂直度。在塔身最高處或最下端的標準節(jié)主旋桿選擇一個邊為基準線，全站儀可上下掃描，對比基準線與另一端該邊的位置關系，找出垂直度偏差；通過全站儀對邊測量兩點之間折線距離的功能測出兩點之間距離，即為該方向上的垂直度偏差值。如圖3 所示，以塔身最高位置主旋桿外側邊為基準線，全站儀掃描到最下端，則基準線與最低位置主旋桿外側邊之間的距離Δ即為該方向上的垂直度。然后塔機吊臂旋轉90°，測量另一方向的垂直度，此時無需挪動全站儀，只需調整全站儀為測距模式，如圖4 所示。該測距功能測量的距離是指測量目標點在水平面上的投影與全站儀之間的距離，故測量塔機同一個塔身面上最高點與最低點在水平面上的投影與全站儀的距離，兩距離之差即為該方向上的垂直度。至此，無需移動全站儀，完成了塔機兩個方向垂直度的測量。

圖3 全站儀測量垂直度

圖4 全站儀測距模式

2.3 基于全站儀建站模式的測量方法

在測距模式測量中實現(xiàn)了一次架設全站儀，完成了一臺塔機兩個方向垂直度的測量，但該方法對全站儀的架設位置仍有要求，即全站儀仍要架設在與塔身面垂直的方向上。在實際測量過程中，由于工地場地、建筑物遮擋、安全通道防護棚影響等原因，使在與塔身垂直的方向上無法架設測量儀器，或有架設位置但不利于觀測、有高空墜物風險等等。而基于全站儀建站模式的測量方法，對全站儀的架設位置沒有要求，只要塔身上下在架設位置的可視范圍，即可完成塔機垂直度的測量。全站儀測量包括全站儀的建站、方位角、對邊測量等概念。

1）全站儀的建站是指確定儀器所架設位置的空間位置信息，亦即建立的坐標系、坐標原點與全站儀的相對位置，如圖5 所示（E.N.H 坐標系或是x.y.z 坐標系）。

2）方位角是指從某指定方向線起，依順時針方向到目標方向線之間的水平夾角，圖6 所示直線相對于x軸的方位角為45°。

3）對邊測量是全站儀的對邊測量用于確定兩個點之間的相對位置關系，如兩點之間的斜距、平距、高差及方位角等。如圖7 所示，為對邊測量方法，點號1 即對邊測量第一點，點號2 即對邊測量第二點。

該測量方法是通過全站儀建站的模式來測量塔機垂直度，通過建站（即建立坐標系）使設置的坐標系x、y軸（這里不考慮z 軸）分別同向于塔機標準節(jié)的兩個直角邊（見圖8，原點位置可以不在塔身上）。設置這樣的坐標系，可通過測量塔機上下兩點的坐標值之差得出塔身垂直度。

圖5 全站儀坐標系

圖6 方位角

建立這樣坐標系步驟為：1）任意位置架設全站儀，在塔身的一個平面上任意選擇兩個點（如圖8 所示A、B 點），通過全站儀程序測量中的對邊測量功能測出A、B 兩點連線AB 的方位角a，（該方位角a 是指線AB 投影在水平面上，與當前坐標系x 軸之間的夾角）。2）全站儀返回一般測量模式中，旋轉全站儀至其水平角顯示為測量值a，通過全站儀設置水平角HZ 置零功能置零（見圖9，此時即建立了新的坐標系），這樣就使現(xiàn)坐標系x 軸方向平行于線AB 在水平面上的投影線（可再通過對邊測量測量方位角是否為零來驗證）；或者通過計算直接設置現(xiàn)水平角的值，使新坐標系x 方向平行于線AB 在水平面上的投影線。至此，就建立了x、y 軸分別平行于塔身兩直角邊的新坐標系（坐標原點無要求）。測量塔身同一面最高、最低位置的坐標，通過計算上下坐標y 值之差即可求得該方向上的垂直度，吊臂旋轉90°，以同樣的方法測量塔身另一個方向的垂直度，進而實現(xiàn)一次架設，測量多臺塔機的垂直度。

圖7 對邊測量

圖8 與塔身同向的坐標系

圖9 水平角HZ 的設置

在工地架設好全站儀后，可測量任一可視塔機兩個方向上的垂直度，大大提高了測量效率，尤其對于建筑工地群塔作業(yè)的塔機測量工作，且全站儀具有測量距離遠、測量精度高等優(yōu)點。

3 不同測量方法比對結果

選擇3 臺高度不同的塔機，分別采用經緯儀法、全站儀測距法、全站儀建站測量法測量其同一個方向上垂直度，結果如表1 所示。比對試驗結果，幾種測量方法結果相近，證明了全站儀測量方法的有效性。所以，基于全站儀建站模式的測量方法是可行的，由于全站儀的精度更高，理論上其測量數據應該是更準確的。

4 結束語

以上方法都有各自的特點，但全站儀測量法，可以不受場地等因素影響，可任意位置架設測量，大大提高了測量效率，尤其對于群塔作業(yè)的建筑工地。全站儀測量距離遠，無棱鏡測量模式測程可達500 m，且精度高，測量誤差小等諸多優(yōu)勢，應該在垂直度測量中廣泛地使用。

同時，其他建筑機械如施工升降機、物料提升機等的垂直度測量以及塔機剛性試驗水平靜位移測量，也可以使用全站儀測量，方便高效準確。

參考文獻

[1] GB ／ T 5031—2019 塔式起重機[S].

[2] GB ／ T 10055—2007 施工升降機安全規(guī)程[S].

[3] JGJ160—2008 施工現(xiàn)場機械設備檢查技術規(guī)程[S].

[4] 吳偉. 極坐標法測量建筑起重機械安裝垂直度[J]. 建筑機械化，2018(6)：70-72.

[5] 傅建俊. 塔式起重機垂直度測量儀技術研究[J]. 價值工程，2018(33)：219-221.

[6] 張俊中，朱義朝，劉乾，等. 基于全站儀在橋梁撓度檢測中的應用和研究[J]. 測繪與空間地理信息，2019(1)：41-44.